[論文レビュー] Spectroscopy of Double-Beta and Inverse Beta Decays from 100Mo

H. Ejiri, J. Engel+4 more|arXiv (Cornell University)|Nov 20, 1999

Neutrino Physics Research被引用数 1

ひとこと要約

本論文では、ニュートリノ質量ゼロの二重ベータ崩壊を通じてマヨラナニュートリノ質量を同時に測定し、逆ベータ崩壊を用いて低エネルギー太陽ニュートリノを検出する多トン級100Mo検出器の使用を提案する。大きなQ値と高い一致感度を備え、ニュートリノ質量感度は約0.03 eVに達し、個々の太陽ニュートリノのリアルタイム検出を可能にする。

ABSTRACT

Spectroscopic studies of two beta-rays from 100Mo are shown to be of potential interest for investigating both the Majorana neutrino mass by neutrinoless double beta-decay and low energy solar neutrino's by inverse beta-decay. With a multi-ton 100Mo detector, coincidence studies of correlated beta-beta from neutrinoless double beta-decay, together with the large Q value, permit identification of the neutrino-mass term with a sensitivity of ~ 0.03 eV. Correlation studies of the inverse beta and the successive beta-decay of 100Tc, together with the large capture rates for low energy solar neutrino's, make it possible to detect in realtime individual low energy solar neutrino in the same detector.

研究の動機と目的

• マヨラナニュートリノ質量と低エネルギー太陽ニュートリノを研究するための二重目的検出器としての100Moの可能性を検討すること。
• 非常にまれなプロセス、たとえばニュートリノ質量ゼロの二重ベータ崩壊や逆ベータ崩壊を高感度で検出する課題に対処すること。
• 100Mo崩壊の大きなQ値と低エネルギーニュートリノの高い捕獲率を活用して、検出効率を向上させること。
• 1つの検出器システム内で一致技術を用いて、太陽ニュートリノのリアルタイムで個々のイベント検出を可能にすること。

提案手法

• ニュートリノ質量ゼロの二重ベータ崩壊からの相関したベータ-ベータイベントを収集する多トン級100Moベースの検出器を用いる。
• 崩壊中に放出される2つのベータ粒子のエネルギーおよび角度相関を測定し、ニュートリノ質量項を分離する。
• 逆ベータ崩壊とその後に続く100Tcのベータ崩壊の間の一致検出を用いて、低エネルギー太陽ニュートリノを特定する。
• 低エネルギーニュートリノに対する100Moの高い捕獲断面積を活用して、検出率を向上させる。
• ベータ線スペクトルの分光解析を適用し、ニュートリノ質量と太陽ニュートリノフラックスに関する情報を抽出する。
• 100Mo崩壊の大きなQ値を活用して、信号領域におけるエネルギー分解能の向上とバックグラウンド抑制を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1つの100Moベースの検出器が、ニュートリノ質量ゼロの二重ベータ崩壊を通じてマヨラナニュートリノ質量に高い感度を同時に達成できるか？
• RQ2 2つのベータ粒子の一致検出が、有効ニュートリノ質量への感度をどの程度向上させるか？
• RQ3 100Moにおける逆ベータ崩壊が、低エネルギー太陽ニュートリノのリアルタイム検出を可能にするか？
• RQ4 この手法によるニュートリノ質量項の達成可能な感度は、検出器のサイズとエネルギー分解能を考慮してどの程度か？
• RQ5 100Moの大きなQ値と高い捕獲率が、まれな低エネルギーニュートリノ相互作用の検出をどの程度向上させるか？

主な発見

• 提案された100Mo検出器は、ベータ-ベータ崩壊の一致分光法により、ニュートリノ質量感度が約0.03 eVに達する。
• 100Mo崩壊の大きなQ値により高いエネルギー分解能が実現され、ニュートリノ質量ゼロの二重ベータ崩壊におけるニュートリノ質量項の同定が向上する。
• 低エネルギー太陽ニュートリノに対する検出器の高い捕獲率のおかげで、個々のニュートリノイベントのリアルタイム検出が可能になる。
• 逆ベータ崩壊とその後に続く100Tcのベータ崩壊の一致研究は、太陽ニュートリノの特定に強力なシグネチャを提供する。
• 1つの装置でニュートリノ質量ゼロの二重ベータ崩壊と太陽ニュートリノの両方を検出できる二重の機能が、単位コストあたりの科学的リターンを高める。
• 相関したベータ線の分光解析により、バックグラウンド抑制が可能になり、まれな崩壊過程における信号対雑音比が向上する。